标准气溶胶发生系统的建立与性能评估

针对气溶胶测量仪器校准和实验室气溶胶光学特性研究的需求,搭建了一套标准气溶胶发生系统,并对其性能开展了测试研究.系统采用恒定流量的雾化器产生气溶胶,经过扩散干燥管干燥以及电荷中和器带电中和后,产生标准气溶胶粒子.利用氯化钠样品对系统的性能进行了测试,结果表明,当样品溶液浓度增加时,系统雾化产生粒子的数浓度和粒径均随之增加;当载气气压增加,系统雾化产生粒子的数浓度随之增加,而粒径随之减小.在测试时间内,系统发生的多分散气溶胶粒子的几何平均粒径波动小于1%,总粒子数浓度波动小于2%,单分散气溶胶粒子数浓度的稳定性好于4%.     

气溶胶粒子在毛细管中沉积与再悬浮

采用亚微米单分散聚苯乙烯球形硬气溶胶粒子和脉冲进样技术,测定了气溶胶粒子在管道中的沉积率,研究了沉积率与流体速度、管道长度、管道直径和气溶胶粒子大小之间的关系.结果发现,在相同条件下,沉积率随管长增加而增大;随流体速度增加而减小.在相同体积流量下,沉积率与管径关系不大;而沉积率与气溶胶粒子大小之间的关系比较复杂.沉积的气溶胶粒子如果在更大流速冲击下,将发生反弹,部分气溶胶粒子从黏附表面上分离再次悬浮于流体中.     

一种气溶胶测量仪器标定系统的设计及性能评估

对气溶胶测量仪器进行准确标定是保证大气环境及污染源颗粒物测量数据质量的重要前提.本研究搭建了一套多分散在线标定气溶胶测量仪器的系统,该系统采用超声气溶胶发生装置产生多分散颗粒物,并用空气动力学粒径谱仪对颗粒物粒径分布进行测量.评测结果表明该系统干燥腔室内气溶胶稳定、均匀,且符合对数正态分布.以采样器为例,已有研究多使用单分散离线标定方法对采样器切割性能进行标定,该方法操作繁琐、实验周期长.利用多分散在线标定系统对PM_(2.5)和PM_(10)双级虚拟撞击采样器进行标定,并与单分散离线标定方法进行了对比,两套系统的标定结果呈现较好的一致性,但多分散在线方法大大缩短了标定实验周期.     

PM1切割器性能测试系统的搭建与应用

为对PM_1切割器的性能进行准确评估,本文设计搭建了两套PM_1切割器性能测试系统.结果发现,多分散气溶胶测试系统发生的气溶胶稳定、均匀,符合对数正态分布;单分散气溶胶测试系统发生的气溶胶稳定,单分散性良好.采用上述两套系统对5种PM1旋风切割器进行了性能评价,结果表明,两套系统测试结果基本一致,5种旋风切割器的切割粒径D50均在(1.0±0.1)μm之间,sharp-cut和Stairmand两类结构设计的切割器几何标准偏差σg分别在1.2±0.1和1.4±0.1之间.     

大气气溶胶的检测方法研究

较为全面地介绍了大气气溶胶的环境污染和检测方法的研究工作。比较具体地概述了有关气溶胶粒子大小和化学成分的分析测量方法,对国外的实时气溶胶单粒子质谱研究进行了总结。     

CdS/TiO2复合半导体薄膜的制备及其光催化性能

以微弧氧化法制备出锐钛矿型TiO₂,进而以化学水浴法沉积CdS,通过调控时间,制备CdS/TiO₂复合半导体薄膜. X射线检测表明,微弧氧化所制备的TiO₂为锐钛矿结构, 化学水浴法制备的CdS主要以离子离子的方式沉积在TiO₂薄膜上. SEM及可见光催化降解亚甲基蓝的试验表明,沉积时间为15 min的复合半导体薄膜上的CdS粒子呈圆球形、单层孤立、均匀地分散在TiO₂表面,绝大多数粒子的粒径在nm级别,分布比较均匀,对亚甲基蓝有着较好的光催化性能,与TiO₂薄膜相比,复合半导体薄膜的光催化性能有很大的提高. 结合光催化评价结果,对复合半导体薄膜的光催化剂机制进行了讨论.      

南京北郊一次霾过程中气溶胶理化特征变化研究

本研究利用单颗粒飞行时间气溶胶质谱仪(SPAMS)、宽范围粒径谱仪(WPS)并结合气象数据对南京北郊一次霾过程中气溶胶的理化特征变化进行了分析.结果表明观测期间风向变化导致的气溶胶来源变化是大气能见度变化的主要原因.最低大气能见度出现在西北气团控制期间,其次是偏东气团和北西北气团.不同方向上气溶胶粒子的粒径分布有显著的差异,其中来自西北气团的气溶胶粒子,有最大的表面积浓度,尤其是0.5~1μm粒径范围内的气溶胶粒子浓度最大;而北西北气团的气溶胶粒子主要集中在核模态和粗模态.不同气团中气溶胶粒子的化学组成也有显著的差异,其中K-nitrate、Ammonium、C3、Metal主要来自西北气团的贡献、其次为偏东气团贡献,K-Biomass、K-OC、EC、ECOC在3类气团中均有浓度贡献,其中K-OC、EC、ECOC、Dust在北西北气团所占比例最高.     

南京北郊重金属气溶胶粒子来源分析

通过2013年1~12月使用在线单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS)在南京北郊对含有Cu、As、Pb、Cd、V、Co、Cr、Zn、Ni、Ba和Hg这11种重金属气溶胶粒子进行连续观测,并结合自适应共振理论神经网络算法(ART-2a)对其化学特征进行了分析,结果表明,南京北郊重金属气溶胶粒子来源按照化学组成特征可分为5类:工业排放(35.7%)、生物质燃烧(34.45%)、交通排放(13.6%)、化石燃料燃烧(11.03%)和矿尘(4.07%),其中,含Pb、Cd和Cr气溶胶粒子主要来源于工业排放,含Cu、Co和Hg气溶胶粒子主要来源于生物质燃烧,含V、Zn和Ba气溶胶粒子主要来源于交通排放,含As和Ni气溶胶粒子主要来源于化石燃料燃烧.     

河北中南部不同天气条件下气溶胶的航测研究

利用粒子测量系统PMS探测的气溶胶等资料,结合观测期间的天气实况和气团后向轨迹对2008年秋季河北中南部不同天气条件下的大气气溶胶空间分布特征进行了分析和研究.结果表明:不同天气背景下河北中南部气溶胶数浓度的垂直分布和气溶胶粒子谱分布特征存在显著差异.混合层高度,逆温层和相对湿度峰值引起的气溶胶累积效应,云层分布不均以及气溶胶来源特性差异对气溶胶的空间分布特征有着重要影响.不同天气条件下河北中南部近地面的气溶胶数浓度范围为904.4~3005.0个/cm~3.近地面气溶胶数浓度阴天条件下最高,晴空条件下最低.气溶胶粒子谱分布特征与大气层结,逆温层,云区分布等密切相关.逆温层是导致粒子谱呈双峰或多峰分布的主要原因之一.由于云内气溶胶粒子吸湿增长,粒子谱峰值向大尺度方向偏移.云外的气溶胶粒子谱宽且比云内窄.受大气气溶胶粒子本身重力沉降作用的影响,高层粒子谱宽比低层窄,粒子谱峰值向小尺度方向偏移.     

利用SPAMS研究上海秋季气溶胶污染过程中颗粒物的老化与混合状态

利用单颗粒气溶胶飞行时间质谱(SPAMS)于2011年11月11～18日在上海测量了气溶胶高污染过程中200 nm～2.0μm气溶胶的粒径谱及其化学组成.对气溶胶粒子的分类结果发现,灰霾天期间大气中主要存在OCEC、METAL、EC、SECONDARY和K-Na等5种气溶胶粒子,其粒子数分别占总数的27.4%、3.4%、7.3%、45.6%和5.4%,二次污染显著.观测得到的5类气溶胶颗粒中都包含18NH4+、80SO3-、96SO4-、97HSO4-、46NO2-、62NO3-、125H(NO3)2-等二次组分,说明灰霾天期间这些颗粒都经历了不同的二次过程或与二次组分进行了不同程度的混合,且随着灰霾的生成和发展,气溶胶不断老化,二次气溶胶粒子的信号迅速增强.OCEC粒子中97HSO4-的信号较强,说明SO2可能在气溶胶表面发生多相反应,同时因有机物的存在对气态硫酸参与气溶胶成核和增长起了重要作用,尤其是在严重污染的条件下,气态硫酸和有机蒸气相互作用可能加速了硫酸-有机颗粒物的形成.从气溶胶类型的谱分布可以发现,新鲜的EC气溶胶粒子排入大气后,其表面会不断附着18NH+4、80SO3-、96SO4-、97HSO4-、46NO2-、62NO3-、125H(NO3)2-等二次组分,EC颗粒在老化的过程中其类型逐步由EC气溶胶演变成二次气溶胶粒子.来自海洋的暖湿气流除了形成降水对气溶胶形成冲刷作用,使得二次气溶胶粒子和OCEC气溶胶粒子数明显降低以外,也将有机胺带入内陆,在清洁天气溶胶粒子中形成Amine粒子.     

收集大粒子的大容量预分离器

由于粒子重新气溶胶化的问题,使沉积在经典的惯性撞击器每一节上的量只有几毫克。因此,在用该种撞击器采集烟道样品的时候,尤其是在采集控制设备的上游样品时,必须把采样时间限制得非常短暂。大容量预分离器就是为解决上述问题而设计的一种装置,现已用单分散气溶胶和干尘对这种装置进行了检验。检验结果是,在流速为14.2升/分(0.5cfm)时,临界空气动力学直径是10.8μm,其相应的Stokes数是0.115;用Detroit Edison飞灰进行检验,结果类同;即,其动力学粒径为11.2μm。在该装置所收集的飞灰粒子中,大于15μm的气溶胶粒子有92.5％是予分离器收集的。     

山西夏季气溶胶空间分布飞机观测研究

以搭载了多种气溶胶观测仪器的飞机为观测平台,在2013年夏季首次对山西中部地区霾日及晴空大气气溶胶空间分布特性进行了观测,得到气溶胶粒子数浓度和尺度的垂直分布廓线以及不同高度气溶胶粒子谱分布特征.研究发现,山西夏季非降水天气条件下气溶胶粒子以核模态和积聚模态的细粒子为主,粗粒子很少.霾日气溶胶数浓度是晴空的2~3倍,主要是核模态的小粒子;气溶胶粒子数浓度随着高度逐渐减小,低空存在气溶胶累积区,逆温层的存在是导致气溶胶累积区形成的主要原因;气溶胶粒子尺度随高度增加,大粒子主要分布在2500m以上的高空;不同高度上的气溶胶粒子谱均呈双峰或三峰分布,谱型基本一致,从近地面到5000m高空,气溶胶粒子谱随高度的增加略有展宽.观测区域气团后向轨迹模拟结果显示,4000m以上高空气溶胶粒子主要是从中国西北地区远距离输送而来,3000m以下气溶胶粒子则主要来源于近地面排放.     

南京北郊春季气溶胶吸湿性分析

大气气溶胶的吸湿性对气溶胶粒子的谱分布、云凝结核形成、气候强迫、人体健康等均有重要的影响.利用吸湿性串联差分迁移率分析仪(HTDMA)在2014年4月16日~5月21日对南京北郊的大气气溶胶吸湿特性进行观测.30~230 nm气溶胶粒子在90%相对湿度下的吸湿增长观测结果表明,气溶胶粒子的吸湿增长因子平均概率分布函数(GF-PDF)呈现明显的双峰分布,即一个占主导地位的强吸湿模态,和一个相对较小但仍很明显的弱吸湿模态.对吸湿性的日夜对比分析发现,整体上白天的气溶胶粒子吸湿性大于夜间气溶胶粒子,白天强吸湿模态的粒子数目比例高于夜间,夜间气溶胶粒子的外混合程度更高.利用HYSPLIT模式对气溶胶来源分析结果表明,观测期间南京北郊主要受到3类气团的影响.其中西北大陆气团背景下爱根核模态粒子在经过大陆的长距离输送过程后,老化程度较高,吸湿性也更强.而对于积聚模态粒子,则为来自东方气团的粒子吸湿性更强,强吸湿模态粒子数目比例也较高.局地气团背景下气溶胶粒子在各粒径段都具有较高的强吸湿比例.     

大气混浊度系数和气溶胶粒子数的关系

本文根据气溶胶消光特性——气溶胶粒子光学厚度是消光波长的函数,采用随机的最小二乘技术;数值反演了垂直气柱中气溶胶粘子大小分布,并且对反演的气溶胶粒子谱分布,采用数值积分算出半径大于0.3μm气溶胶粒子总数,求得了大气混浊度系数和半径大于0.3μm气溶胶粒子总数之间关系,用太原市实测气溶胶粒子数资料验证,效果较好.     

南京北郊春季含Pb气溶胶粒子来源分析

含有重金属的气溶胶粒子对人类健康有着重要的影响,其中,重金属Pb对人体神经系统有很大的危害,因此,含Pb气溶胶粒子的化学特征和来源问题一直受到人们的广泛关注.本研究于2012年3—4月使用在线单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS)在南京北郊对含Pb气溶胶粒子进行连续观测,并结合自适应共振理论神经网络算法(ART-2a)对其化学特征进行了分析.结果表明,南京北郊春季含Pb气溶胶粒子按照化学组成可分为6类:富钾-铅类(K-rich)、扬尘-铅类(DUST)、钾-元素碳-铅类(K-EC)、铜-元素碳-铅类(Cu-EC)、锌-铅类(Zn)和锰-铅类(Mn),它们主要来自钢铁冶炼、城市扬尘、燃油排放和化工排放,贡献率分别为70.66%、24.53%、2.47%和2.34%.     

青岛市连续天气过程中不同气溶胶浓度特征对比分析

利用青岛市沙尘暴监测站GRIMM180颗粒物监测仪采集到的质量浓度和数浓度数据,结合2008年5月27～28日天气系统演变进行气溶胶定性分类,对海雾气溶胶、清洁气溶胶、浮尘气溶胶的浓度进行对比分析.结果表明,①清洁气溶胶、海雾气溶胶、浮尘气溶胶的总质量浓度有明显差异;②海雾气溶胶以1～2.5μm粒子的滞留最明显,清洁气溶胶中1μm的粒子贡献率最大,浮尘气溶胶则以2.5～10μm的颗粒物级数增加最具代表性,不同气溶胶相应大小粒子的质量浓度贡献率之比明显不同;③降水系统对0.6μm较大的粒子有明显的清除作用,对0.6μm的数浓度有增大作用;④1μm尤其是0.6μm的粒子处于天气系统前部到达潮湿空气时有特殊的活化现象;⑤不同粒径尺度的粒子数浓度随气溶胶性质的转变呈现不同的模态.     

艾比湖地区气溶胶光学特性分析

精河县气溶胶光学特性的定量评估是理解艾比湖盐尘传输过程的关键.本文利用2019年精河县CE-318太阳光度计站点观测资料,分析了气溶胶光学厚度(AOD)和Angstr?m波长指数(α)的变化特征.结果表明AOD日变化呈单峰曲线,与α呈反向变化特征;气溶胶粒子浓度和主控模态具有明显的季节性差异,与夏、秋季相比,春季AOD较高且变化幅度剧烈,粗粒子气溶胶占主控地位,粒子粒径和变化幅度较大; AOD和α呈负相关关系,从春季到秋季,气溶胶逐渐从粗模态向细模态过渡;与夏季相比,春季局地气溶胶对风速、风向和相对湿度的变化较为敏感;温度不是导致局地气溶胶变化的内在因素,但与气溶胶粒子扩散能力成正比;非采暖期,精河县AOD高值主要受粗粒子为主的沙尘气溶胶的影响,小颗粒的气溶胶的增加以及气溶胶吸湿增长都不是造成该地区AOD增加的主要原因.     

香港大气气溶胶组成与特征

选用香港空气质量监测网中11个监测站1990～1994年间TSP（总悬浮粒子）和RSP（可吸入悬浮粒子）的监测数据,分析香港大气气溶胶的化学组成与时空变化。香港大气气溶胶的浓度较低,其浓度的季节变化主要受气候变化的影响。C是大气气溶胶中最重要的化学成分,它支配着气溶胶的季节和空间变化。SO^2-₄、NH⁺₄和NO^-₃的浓度很低,空间分布很均匀,其季节变化主要受东亚季风控制。海洋气溶胶主要以较大的颗粒形式存在,它的来源稳定且空间分布较均匀。扬尘浓度主要受降雨和湿度的影响。V和Ni浓度的季节变化与燃料油消耗量的季节变化相同,其空间的变化反映了当地工业窑炉排放对香港气溶胶的影响     

基于地基遥感数据的太湖地区气溶胶光学厚度和粒子谱变化规律研究

利用多光谱旋转遮蔽影带辐射计(Multi-Filter Rotating Shadowband Radiometer,MFRSR)测定了我国长江三角洲中部的太湖地区2008年5月至2009年4月期间415 nm、500 nm、615 nm、673 nm、870 nm波段的全天空总辐射、散射辐射和直接辐射通量密度,结合球形粒子的Mie散射理论反演了该地区大气气溶胶粒子谱,并对结果进行了分析.结果表明:受人为活动的影响,该地区工作日和非工作日气溶胶光学厚度和粒子谱的日变化存在明显的差异,工作日上午6:00-9:00时间内,细粒子的生成远大于非工作日这一期间细粒子的生成.太湖地区气溶胶光学厚度常年较高,500 nm波段的年平均值为0.8038±0.7924,夏季最大(0.9359±0.7389),冬季最小(0.6209±0.5500);气溶胶粒子谱表现出双峰分布,一种是位于半径0.15 μm附近的细模态,另一种是半径3μm左右的粗模态,且夏季和秋季细粒子较多,而其他季节粗粒子较多.气溶胶光学厚度以及气溶胶粒子谱分布的季节变化受到气象条件的显著影响.降水过程对大气气溶胶具有明显的冲刷作用,并且降水后大气气溶胶的增加与气溶胶粒子大小有关,积聚态粒子浓度的增加比粗模态粒子的增加更快.     

中国3个AERONET站点气溶胶大小的识别及特征分析

?ngstr?m波长指数a是判断气溶胶粒子大小的重要参数,但当气溶胶尺度分布不满足Junge分布时,仅用a不能很好的反映气溶胶粒子的尺度信息.利用Mie散射理论和AERONET站点实测资料分析说明在0.750.6;当a2>0.3时,多以粗粒子为主,Vfine/Vtotal<0.4.利用Gobbi气溶胶图解法分析显示SACOL站AOD的大值主要是由于沙尘气溶胶的影响造成的;香河站沙尘和细粒子气溶胶都会产生大值AOD,并且图解法可以很好的区分这两种情况;太湖站受沙尘的影响较小,大值AOD绝大多数是由于细粒子气溶胶造成的.